DE102015201032A1 - Steering system for automated driving of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Lenksystem (1) für ein automatisiertes Fahren eines Kraftfahrzeugs, wobei das Lenksystem (1) mindestens ein Lenkungssteuergerät (2), eine Leistungselektronik (4), Mittel zur Einstellung eines Lenkwinkels und einen Elektromotor (5) aufweist, wobei das Lenksystem (1) derart ausgebildet ist, dass das Lenkungssteuergerät (2) in Abhängigkeit der Daten einer Umfeldsensorik (10) Lenkungssteuerbefehle generiert, die durch die Leistungselektronik (4) in Ansteuersignale für den Elektromotor (5) umgesetzt werden, der dann die Mittel zur Einstellung eines Lenkwinkels ansteuert, wobei das Lenkungssteuergerät (2) derart ausgebildet ist, dass das Lenkungssteuergerät (2) in Abhängigkeit der Daten der Umfeldsensorik (10) einen aktuellen Lenkungssteuerbefehl (A0) für einen Zeitpunkt t0 und mindestens einen zukünftigen Lenkungssteuerbefehl (A1) für einen Zeitpunkt t1 generiert und an die Leistungselektronik (4) überträgt, wobei t1 > t0 gilt, wobei die Leistungselektronik (4) einen Speicher (12) aufweist, in dem der mindestens eine zukünftige Lenkungssteuerbefehl (A1) abgespeichert wird, wobei die Leistungselektronik (4) derart ausgebildet ist, dass bei einer Kommunikationsstörung zwischen dem Lenkungssteuergerät (2) und der Leistungselektronik (4) der mindestens eine zukünftige Lenkungssteuerbefehl (A1) in Ansteuersignale für den Elektromotor (5) umgesetzt wird.The invention relates to a steering system (1) for automated driving of a motor vehicle, wherein the steering system (1) at least one steering control unit (2), power electronics (4), means for adjusting a steering angle and an electric motor (5), wherein the steering system (1) is designed such that the steering control unit (2) in response to the data of an environment sensor (10) generates steering control commands, which are converted by the power electronics (4) in control signals for the electric motor (5), then the means for setting a Steering angle control unit, wherein the steering control unit (2) is designed such that the steering control unit (2) depending on the data of the environment sensor (10) a current steering control command (A0) for a time t0 and at least one future steering control command (A1) for a time t1 generated and transmitted to the power electronics (4), where t1> t0 applies, the Leistungselek tronik (4) has a memory (12) in which the at least one future steering control command (A1) is stored, wherein the power electronics (4) is designed such that in the event of a communication failure between the steering control unit (2) and the power electronics (4) the at least one future steering control command (A1) is converted into control signals for the electric motor (5).
Description
Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für ein automatisiertes Fahren eines Kraftfahrzeugs. The invention relates to a steering system for automated driving of a motor vehicle.
Ein solches Lenksystem ist beispielsweise aus der
Aus der
Ein Lenksystem für ein automatisiertes Fahren muss eine erhebliche Fehlertoleranz aufweisen, wobei jedoch nicht das komplette Lenksystem redundant aufgebaut werden kann. A steering system for an automated driving must have a significant fault tolerance, but not the entire steering system can be built redundant.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Lenksystem für ein automatisiertes Fahren eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, dass eine verbesserte Ausfallsicherheit bei geringen Redundanzen der Bauteile aufweist. The invention is based on the technical problem of providing a steering system for automated driving of a motor vehicle, which has improved reliability with low redundancies of the components.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein Lenksystem mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. The solution of the technical problem results from a steering system with the features of
Das Lenksystem für ein automatisiertes Fahren eines Kraftfahrzeuges weist mindestens ein Lenkungssteuergerät, eine Leistungselektronik, Mittel zur Einstellung eines Lenkwinkels und einen Elektromotor auf. Die Mittel zur Einstellung eines Lenkwinkels sind beispielsweise als Zahnstange ausgebildet, wobei der Elektromotor beispielsweise über ein Getriebe mit der Zahnstange verbunden ist. Der Elektromotor ist beispielsweise als permanenterregter Synchronmotor ausgebildet. Das Lenksystem ist derart ausgebildet, dass das Lenkungssteuergerät in Abhängigkeit der Daten einer Umfeldsensorik Lenkungssteuerbefehle generiert. Die Umfeldsensorik kann dabei als mindestens eine Kamera und/oder Positionsbestimmungseinrichtung mit einer digitalen Straßenkarte sein. Ergänzend kann die Umfeldsensorik Infrarot-, Radar-, Laser- und/oder Ultraschallsensoren aufweisen. Die Lenkungssteuerbefehle werden durch die Leistungselektronik in Ansteuersignale für den Elektromotor umgesetzt, der dann die Mittel zur Einstellung eines Lenkwinkels ansteuert. Das Lenkungssteuergerät generiert in Abhängigkeit der Daten der Umfeldsensorik einen aktuellen Lenksteuerbefehl für einen Zeitpunkt t0 und mindestens einen zukünftigen Lenkungssteuerbefehl für einen Zeitpunkt t1, die an die Leistungselektronik übertragen werden, wobei t1 > t0 gilt. Die Leistungselektronik weist einen Speicher auf, in dem der mindestens eine zukünftige Lenkungssteuerbefehl abgespeichert wird. Die Leistungselektronik ist derart ausgebildet, dass bei einer Kommunikationsstörung zwischen dem Lenkungssteuergerät und der Leistungselektronik der mindestens eine zukünftige Lenkungssteuerbefehl aus dem Speicher ausgelesen und in Ansteuersignale für den Elektromotor umgesetzt wird. Dabei kann die Ursache der Kommunikationsstörung auch durch eine Störung in der Verbindung der Umfeldsensorik mit dem Lenkungssteuergerät verursacht werden. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Lenksystem bei einer Kommunikationsstörung nicht schlagartig ausfällt, sondern noch eine gewisse Zeit arbeitet, sodass der Fahrer und/oder das Fahrzeugsystem Zeit für Gegenmaßnahmen haben. The steering system for an automated driving of a motor vehicle has at least one steering control device, power electronics, means for adjusting a steering angle and an electric motor. The means for adjusting a steering angle, for example, designed as a rack, wherein the electric motor is connected, for example via a gear to the rack. The electric motor is designed for example as a permanent-magnet synchronous motor. The steering system is designed such that the steering control unit generates steering control commands in dependence on the data of an environmental sensor system. The environment sensor system can be at least one camera and / or position-determining device with a digital road map. In addition, the environment sensors may include infrared, radar, laser and / or ultrasonic sensors. The steering control commands are converted by the power electronics into drive signals for the electric motor, which then controls the means for setting a steering angle. The steering control unit generates a current steering control command for a time t 0 and at least one future steering control command for a time t 1 , which are transmitted to the power electronics, wherein t 1 > t 0 applies as a function of the data of the environment sensors. The power electronics has a memory in which the at least one future steering control command is stored. The power electronics is designed such that in the event of a communication fault between the steering control unit and the power electronics, the at least one future steering control command is read from the memory and converted into control signals for the electric motor. In this case, the cause of the communication failure can also be caused by a disturbance in the connection of the environment sensor with the steering control unit. This ensures that the steering system does not abruptly fail in the event of a communication failure, but still works for a certain time, so that the driver and / or the vehicle system have time for countermeasures.
In einer Ausführungsform weist das Lenksystem eine Warneinrichtung auf, die derart ausgebildet ist, dass bei einer Kommunikationsstörung eine Aufforderung zur Übernahme der Lenkung durch den Fahrer generiert wird. Die Aufforderung kann dabei akustisch und/oder optisch und/oder haptisch erfolgen. In one embodiment, the steering system has a warning device, which is designed such that in the event of a communication failure, a request to take over the steering is generated by the driver. The request can be made acoustically and / or optically and / or haptically.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Übernahmezeitintervall definiert, innerhalb dessen ein Fahrer die Lenkung übernehmen muss, wobei die Anzahl der zukünftigen Lenkungssteuerbefehle derart gewählt wird, dass diese einen Zeitbereich größer/gleich dem Übernahmezeitintervall abdecken. Hierdurch wird gewährleistet, dass bis zur geforderten Übernahme das Lenksystem stabil arbeitet. In another embodiment, a takeover time interval is defined within which a driver must take over the steering, wherein the number of future steering control commands is selected such that they cover a time range greater than / equal to the takeover time interval. This ensures that the steering system operates stably until the takeover is required.
In einer weiteren Ausführungsform ist mindestens einem zukünftigen Lenkungssteuerbefehl ein Zeitstempel zugeordnet, wann dieser ausgeführt werden soll. Hierdurch kann die Anzahl abzuspeichernder zukünftiger Lenkungssteuerbefehle reduziert werden, insbesondere wenn ein Lenkungssteuerbefehl über mehrere Zyklen unverändert bleibt. In another embodiment, at least one future steering control command is assigned a time stamp when it is to be executed. This allows the number be stored to be stored future steering control commands, especially if a steering control command remains unchanged over several cycles.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Lenkungssteuergerät derart ausgebildet, dass bei einer Übertragung von aktuellen und zukünftigen Lenkungssteuerbefehlen in einem Zyklus diese mit den Lenkungssteuerbefehlen in dem vorangegangenen Zyklus verglichen werden, wobei nur bei Abweichungen zu den bereits übermittelten Lenkungssteuerbefehlen der aktuelle und/oder zukünftige Lenkungssteuerbefehl an die Leistungselektronik übermittelt wird. Dies spart Bandbreite in der Übertragung ein. In a further embodiment, the steering control unit is designed such that when transmission of current and future steering control commands in a cycle they are compared with the steering control commands in the previous cycle, which only in case of deviations from the already transmitted steering control commands the current and / or future steering control command the power electronics is transmitted. This saves bandwidth in the transmission.
In einer alternativen Lösung weist das Lenksystem ein Koppelglied auf, über das das Lenksystem elektrisch mit einem Bordnetz verbunden ist. Das Koppelglied ist dabei derart ausgebildet, dass das Koppelglied bei einem Defekt des Bordnetzes das Lenksystem elektrisch vom Bordnetz entkoppelt, wobei das Lenksystem mit mindestens einer eigenen Spannungsversorgung ausgebildet ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei einem Spannungsausfall des Bordnetzes, beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses, das Lenksystem weiter mit Spannung versorgt wird. Das Koppelglied ist dabei beispielsweise als DC/DC-Wandler oder als Leistungsschalter ausgebildet. Die eigene Spannungsversorgung des Lenksystems kann dabei prinzipiell eine Batterie oder ein Kondensator sein In an alternative solution, the steering system has a coupling element, via which the steering system is electrically connected to a vehicle electrical system. The coupling member is designed such that the coupling member electrically decouples the steering system from the electrical system in the event of a defect in the vehicle electrical system, wherein the steering system is designed with at least one separate voltage supply. This ensures that in case of power failure of the electrical system, for example due to a short circuit, the steering system is further supplied with voltage. The coupling element is designed, for example, as a DC / DC converter or as a circuit breaker. The own power supply of the steering system can in principle be a battery or a capacitor
In einer Ausführungsform ist die Spannungsversorgung als Generator ausgebildet, der vorzugsweise über eine Kupplung mit einer Antriebsachse verbunden ist. Somit ist sichergestellt, dass, solange das Fahrzeug rollt, der Generator Spannung erzeugt. In one embodiment, the power supply is designed as a generator, which is preferably connected via a coupling with a drive axle. This ensures that, as long as the vehicle is rolling, the generator generates voltage.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Kupplung derart ausgebildet, dass die Kupplung in Abhängigkeit eines erfassten Defektes im Bordnetz geschlossen wird. Hierdurch belastet der Generator den Antrieb nur im Falle eines Defekts des Bordnetzes. In a further embodiment, the clutch is designed such that the clutch is closed in dependence on a detected defect in the electrical system. As a result, the generator loads the drive only in the event of a defect in the electrical system.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Umfeldsensorik versorgungsspannungstechnisch dem Lenksystem zugeordnet ist, sodass bei einem Defekt des Bordnetzes die Umfeldsensorik dennoch weiter arbeitet und das Lenkungssteuergerät mit Daten versorgen kann. Furthermore, it can be provided that the environment sensor system is assigned to the steering system in terms of supply voltage, so that in the event of a defect in the vehicle electrical system, the environment sensor system continues to operate and can supply the steering controller with data.
Vorzugsweise werden die Maßnahmen kombiniert, d.h. das Lenksystem ist über ein Koppelglied mit dem Bordnetz verbunden und weist mindestens eine Spannungsversorgung auf, und zusätzlich speichert die Leistungselektronik mindestens einen zukünftigen Lenkungssteuerbefehl. Preferably, the measures are combined, i. the steering system is connected via a coupling member to the electrical system and has at least one power supply, and in addition stores the power electronics at least one future steering control command.
Hinsichtlich einer verfahrensmäßigen Ausgestaltung wird vollinhaltlich auf die vorangegangenen Ausführungen Bezug genommen. With regard to a procedural embodiment, reference is made in full to the preceding statements.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to preferred embodiments. The figures show:
In der
Das Lenkungssteuergerät
Im normalen Betrieb bringt der Fahrer über die Lenkhandhabe
Beim automatisierten Fahren muss der Fahrer hingegen die Hände nicht mehr an der Lenkhandhabe
Mittels der Daten der Umfeldsensorik
In der
Zur weiteren Reduzierung der zu übertragenen Datenmengen kann auch vorgesehen sein, dass nicht für jeden Zyklus ein separater Lenkungssteuerbefehl übertragen wird, wenn sich ein zukünftiger Lenkungssteuerbefehl über mehrere Zyklen erstreckt. In diesem Fall wird dem Lenkungssteuerbefehl ein Zeitstempel angefügt, der beispielsweise ausdrückt, ab wann dieser Lenkungssteuerbefehl durchgeführt werden soll. Dies ist beispielsweise in der untersten Botschaft B dargestellt. Dabei wird neben dem Header H und dem aktuellen Lenkungssteuerbefehl A2 ein zukünftiger Lenkungssteuerbefehl A3 mit einem Zeitstempel T3 sowie ein weiterer zukünftiger Lenkungssteuerbefehl An-2 mit einem Zeitstempel Tn-2 übertragen. Die Leistungselektronik
In der
Im regulären Betrieb wird das Lenksystem
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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